JP2015103609A - Method for arraying nanoparticles on substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上へのナノ粒子の配列方法、及びナノ粒子が表面上に配列された基板に関する。 The present invention relates to a method for arranging nanoparticles on a substrate, and a substrate on which nanoparticles are arranged on a surface.
近年、金属などを含むナノ粒子を表面上に配列した基板を、ナノデバイスに用いることが検討されている。このような基板を用いることにより、従来の３次元的なバルク状半導体とは異なる物性や機能が発揮されると考えられており、特に、熱電変換素子、太陽電池、ディスプレイ、メモリ、薄膜トランジスタ、ＬＳＩなどの半導体分野のナノデバイスへの応用が期待されている。ナノ粒子を表面上に配列した基板をこれらの分野へ応用する場合には、基板上におけるナノ粒子の配列を高い位置精度で行う必要がある。 In recent years, it has been studied to use a substrate in which nanoparticles containing a metal or the like are arranged on a surface for a nanodevice. By using such a substrate, it is considered that physical properties and functions different from those of a conventional three-dimensional bulk semiconductor are exhibited. In particular, thermoelectric conversion elements, solar cells, displays, memories, thin film transistors, LSIs It is expected to be applied to nanodevices in the semiconductor field. When a substrate having nanoparticles arranged on the surface is applied to these fields, it is necessary to arrange the nanoparticles on the substrate with high positional accuracy.
ナノ粒子を高い位置精度で基板上に配列させる方法として、例えば特許文献１には、ナノ粒子としてフェリチンなどの金属内包タンパク質を用い、表面に絶縁層を有する基板表面上に、金属内包タンパク質のピッチで金属酸化物を二次元的に配列させる方法が開示されている。特許文献１に開示された方法においては、具体的には、金属内包タンパク質を含む水溶液中でポリペプチド膜などに金属内包タンパク質を付着させ、これを基板の上にのせた後、タンパク質を焼成により除去することにより、金属酸化物が、金属内包タンパク質のピッチで二次元的に配置された基板が得られる。 As a method for arranging nanoparticles on a substrate with high positional accuracy, for example, in Patent Document 1, a metal-encapsulated protein such as ferritin is used as a nanoparticle, and the pitch of the metal-encapsulated protein is formed on the substrate surface having an insulating layer on the surface. Discloses a method for two-dimensionally arranging metal oxides. In the method disclosed in Patent Document 1, specifically, a metal-encapsulated protein is attached to a polypeptide film or the like in an aqueous solution containing the metal-encapsulated protein, placed on a substrate, and then the protein is baked. By removing, a substrate in which the metal oxide is two-dimensionally arranged at the pitch of the metal-encapsulated protein can be obtained.
フェリチンの大きさは、ナノメートルオーダーで揃っていることから、特許文献１に開示された方法によれば、金属酸化物は非常に高い位置精度で等間隔に二次元配列される。しかしながら、この方法では、金属内包タンパク質のピッチでしかナノ粒子を配列させることができないという問題がある。 Since the size of ferritin is uniform on the nanometer order, according to the method disclosed in Patent Document 1, the metal oxides are two-dimensionally arranged at equal intervals with very high positional accuracy. However, this method has a problem that nanoparticles can be arranged only at the pitch of the metal-encapsulated protein.
また、特許文献２には、フェリチンがｐＨ７付近の溶媒中においてマイナスの電荷を表面に有していること、及びＳｉＯ2基板表面がマイナスの電荷を有していることを利用した、ＳｉＯ2基板上へのフェリチンの配列方法が開示されている。特許文献２に開示された方法においては、具体的には、ＳｉＯ2基板の表面にフェリチンとは反対のプラス電荷を有する膜（例えば、アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ））等を電子リソグラフィーなどの方法によりパターニングし、静電相互作用を利用して、この膜上のみにフェリチンを選択的に吸着・配置する方法が開示されている。 Further, Patent Document 2, utilizing the fact that ferritin has a negative charge to the surface in a solvent near pH 7, the and the SiO 2 substrate surface has a negative charge, SiO 2 substrate A method for arranging ferritin above is disclosed. In the method disclosed in Patent Document 2, specifically, a film having a positive charge opposite to ferritin (for example, aminopropyltriethoxysilane (APTES)) or the like on the surface of the SiO 2 substrate is used for electron lithography or the like. A method is disclosed in which ferritin is selectively adsorbed and arranged only on this membrane by patterning by a method and utilizing electrostatic interaction.
特許文献２に開示された方法によれば、ＳｉＯ2基板上にパターン形成された膜上のみに、ナノ粒子であるフェリチンを高い位置精度で配置することができる。しかしながら、この方法では、ナノ粒子、基板、及びパターン形成された膜の静電相互作用を利用する必要があるため、ナノ粒子、基板、膜の種類が限定されるという問題がある。また、ナノ粒子の位置精度は、パターン形成された膜の形状精度に依存するため、基板上には、ナノ粒子と反対の電荷を有し、かつ、非常に高精度でパターン化された膜を形成する必要がある。 According to the method disclosed in Patent Document 2, the ferritin, which is a nanoparticle, can be arranged with high positional accuracy only on the film patterned on the SiO 2 substrate. However, this method has the problem that the types of nanoparticles, substrate, and film are limited because it is necessary to use electrostatic interaction between the nanoparticles, the substrate, and the patterned film. In addition, since the position accuracy of the nanoparticles depends on the shape accuracy of the patterned film, a film having a charge opposite to that of the nanoparticles and patterned with very high accuracy is formed on the substrate. Need to form.
本発明は、種々の基板上において、ナノ粒子を所望の間隔、かつ、略等間隔に配列させる方法を提供することを主な課題とする。 The main object of the present invention is to provide a method for arranging nanoparticles on a variety of substrates at desired intervals and at approximately equal intervals.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ポリマー鎖が結合したナノ粒子を含むナノ粒子溶液を、基板上に塗布することにより、種々の基板上において、ナノ粒子を所望の間隔、かつ、略等間隔に配列させ得ることを見出した。すなわち、ポリマー鎖が結合したナノ粒子では、隣接するナノ粒子は当該ポリマー鎖の立体障害によって互いに近づける距離が制限される。この距離は、ポリマー鎖の分子量（ポリマー鎖の長さ）が大きくなるほど大きくなるため、隣接するナノ粒子間の中心間距離はポリマー鎖の分子量に依存することになる。従って、ナノ粒子に結合したポリマー鎖の分子量を制御することによって、隣接するナノ粒子の中心間距離を制御することが可能となり、基板上において、ナノ粒子を所望の間隔で、略等間隔に配列させ得ることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて更に研究を重ねた結果、完成されたものである。即ち、本発明は以下に掲げる態様の発明を提供する。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor desired nanoparticles on various substrates by applying a nanoparticle solution containing nanoparticles to which polymer chains are bonded to the substrate. It has been found that they can be arranged at substantially equal intervals. That is, in a nanoparticle having a polymer chain bound thereto, the distance between adjacent nanoparticles is limited due to the steric hindrance of the polymer chain. Since this distance increases as the molecular weight of the polymer chain (the length of the polymer chain) increases, the center-to-center distance between adjacent nanoparticles depends on the molecular weight of the polymer chain. Therefore, by controlling the molecular weight of the polymer chain bonded to the nanoparticles, it is possible to control the distance between the centers of adjacent nanoparticles, and arrange the nanoparticles at desired intervals on the substrate at approximately equal intervals. I found out that I could make it. The present invention has been completed as a result of further research based on such knowledge. That is, this invention provides invention of the aspect hung up below.
項１． ポリマー鎖が結合したナノ粒子を含むナノ粒子溶液を、基板上に塗布する塗布工程を備える、基板上へのナノ粒子の配列方法。
項２． 隣接する前記ナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲において、前記ナノ粒子が略等間隔で基板上に配列される、項１に記載の配列方法。
項３． 前記ポリマー鎖が、ポリアルキレングリコール鎖を有する、項１または２に記載の配列方法。
項４． 前記ポリマー鎖の最大長さが４ｎｍ以上である、項１〜３のいずれかに記載の配列方法。
項５． 前記ナノ粒子は、ポリペプチドにより構成されたシェル部と、無機ナノ粒子により構成されたコア部とを有するコアシェル粒子であり、前記シェル部に前記ポリマー鎖が結合している、項１〜４のいずれかに記載の配列方法。
項６． 前記ポリペプチドが、球殻状タンパク質である、項１〜５のいずれかに記載の配列方法。
項７． 前記コアシェル粒子がフェリチンである、請求項１〜６のいずれかに記載の配列方法。
項８． 前記塗布工程の後、前記基板上のナノ粒子溶液から溶媒を除去する乾燥工程をさらに備える、項１〜７のいずれかに記載の配列方法。
項９． 前記塗布工程の後、前記基板上の前記ポリマー鎖が結合したナノ粒子から前記ポリマー鎖を除去する除去工程をさらに備える、項１〜８のいずれかに記載の配列方法。
項１０． ポリマー鎖が結合したナノ粒子が表面上に配列された基板であって、
隣接する前記ナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲において、前記ナノ粒子が略等間隔で基板上に配列されている、基板。
項１１． ポリマー鎖が結合したナノ粒子を含むナノ粒子溶液を基板上に塗布した後、前記ポリマー鎖を除去することにより得られたナノ粒子が、表面上に配列された基板であって、
隣接する前記ナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲において、前記ナノ粒子が略等間隔で基板上に配列されている、基板。
Item 1. A method for arranging nanoparticles on a substrate, comprising a coating step of coating a nanoparticle solution containing nanoparticles having polymer chains attached thereto on the substrate.
Item 2. Item 2. The arrangement method according to Item 1, wherein the nanoparticles are arranged on the substrate at substantially equal intervals in a range where the distance between centers of adjacent nanoparticles is 12 to 100 nm.
Item 3. Item 3. The arrangement method according to Item 1 or 2, wherein the polymer chain has a polyalkylene glycol chain.
Item 4. Item 4. The arrangement method according to any one of Items 1 to 3, wherein the maximum length of the polymer chain is 4 nm or more.
Item 5. The nanoparticle is a core-shell particle having a shell part composed of a polypeptide and a core part composed of an inorganic nanoparticle, and the polymer chain is bonded to the shell part. The arrangement | sequence method in any one.
Item 6. Item 6. The sequencing method according to any one of Items 1 to 5, wherein the polypeptide is a spherical shell protein.
Item 7. The arrangement | sequence method in any one of Claims 1-6 whose said core-shell particle is ferritin.
Item 8. Item 8. The array method according to any one of Items 1 to 7, further comprising a drying step of removing the solvent from the nanoparticle solution on the substrate after the coating step.
Item 9. Item 9. The arrangement method according to any one of Items 1 to 8, further comprising a removal step of removing the polymer chain from the nanoparticles to which the polymer chain is bonded on the substrate after the coating step.
Item 10. A substrate in which nanoparticles with polymer chains attached are arranged on a surface,
The board | substrate with which the said nanoparticle is arranged on the board | substrate at substantially equal intervals in the range whose distance between the centers of the said adjacent nanoparticle is 12-100 nm.
Item 11. A nanoparticle obtained by removing a polymer solution after applying a nanoparticle solution containing nanoparticles to which polymer chains are bonded to the substrate, wherein the nanoparticles are arranged on the surface,
The board | substrate with which the said nanoparticle is arranged on the board | substrate at substantially equal intervals in the range whose distance between the centers of the said adjacent nanoparticle is 12-100 nm.
本発明によれば、種々の基板上において、ナノ粒子を所望の間隔、かつ、略等間隔に基板上に配列させる方法を提供することができる。また、本発明によれば、隣接するナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲において、ナノ粒子が略等間隔で基板上に配列されている基板を提供することができる。さらに、本発明によれば、隣接するナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲において、前記のポリマー鎖が除去されたナノ粒子が略等間隔で基板上に配列されている基板を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of arranging a nanoparticle on a board | substrate on a various board | substrate on a desired space | interval and a substantially equal space | interval can be provided. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a substrate in which nanoparticles are arranged on the substrate at approximately equal intervals in the range where the distance between centers of adjacent nanoparticles is 12 to 100 nm. Furthermore, according to the present invention, there is provided a substrate in which the nanoparticles from which the polymer chains have been removed are arranged on the substrate at substantially equal intervals in a range where the distance between centers of adjacent nanoparticles is 12 to 100 nm. be able to.
本発明の基板上へのナノ粒子の配列方法は、ポリマー鎖が結合したナノ粒子を含むナノ粒子溶液を、基板上に塗布する塗布工程を備えることを特徴とする。すなわち、本発明の配列方法においては、例えば図１の模式図に示されるように、ポリマー鎖が結合した複数のナノ粒子１０は、ナノ粒子１に結合した当該ポリマー鎖が位置し得る領域２の立体障害によって、隣接するナノ粒子１が互いに近づける距離（隣接するナノ粒子間の中心間距離Ｄ１）が制限されている。この距離Ｄ１は、ポリマー鎖の長さ（分子量）が大きくなるほど長くなるため、隣接するナノ粒子１間の中心間距離Ｄ１はポリマー鎖の長さ（分子量）に依存することになる。例えば、図３の模式図に示されるように、図１の場合よりもポリマー鎖の長さ（分子量）が大きくなると、ナノ粒子１に結合した当該ポリマー鎖が位置し得る領域２も大きくなり、ナノ粒子１の中心間距離Ｄ２も大きくなる。このように、本発明においては、ナノ粒子に結合したポリマー鎖の長さ（分子量）を制御することによって、隣接するナノ粒子の中心間距離を制御することが可能となり、基板上において、ナノ粒子を所望の間隔、かつ、略等間隔に配列させることができる。さらに、例えば図２または図４の模式図に示すように、それぞれ、図１または図３で示されたナノ粒子１からポリマー鎖を除去した場合にも、隣接するナノ粒子１間の中心間距離Ｄ１及びＤ２は保持されており、ポリマー鎖を除去したナノ粒子を所望の間隔で、略等間隔に配列させることができる。以下、本発明の基板上へのナノ粒子の配列方法、及びナノ粒子が基板上に配列された基板について詳述する。 The method for arranging nanoparticles on a substrate of the present invention is characterized by comprising a coating step of coating a nanoparticle solution containing nanoparticles having a polymer chain bonded onto the substrate. That is, in the arrangement method of the present invention, for example, as shown in the schematic diagram of FIG. 1, a plurality of nanoparticles 10 to which polymer chains are bonded are in the region 2 where the polymer chains bonded to the nanoparticles 1 can be located. Due to the steric hindrance, the distance at which the adjacent nanoparticles 1 approach each other (the center distance D1 between adjacent nanoparticles) is limited. Since the distance D1 increases as the length (molecular weight) of the polymer chain increases, the center-to-center distance D1 between the adjacent nanoparticles 1 depends on the length (molecular weight) of the polymer chain. For example, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, when the length (molecular weight) of the polymer chain is larger than in the case of FIG. 1, the region 2 where the polymer chain bonded to the nanoparticle 1 can be located also becomes larger. The center-to-center distance D2 of the nanoparticles 1 also increases. Thus, in the present invention, by controlling the length (molecular weight) of the polymer chain bonded to the nanoparticles, it is possible to control the distance between the centers of adjacent nanoparticles, and the nanoparticles on the substrate. Can be arranged at a desired interval and at substantially equal intervals. Furthermore, as shown in the schematic diagram of FIG. 2 or FIG. 4, for example, when the polymer chain is removed from the nanoparticle 1 shown in FIG. D1 and D2 are retained, and the nanoparticles from which the polymer chains have been removed can be arranged at desired intervals and at approximately equal intervals. Hereinafter, the method for arranging nanoparticles on the substrate of the present invention and the substrate on which the nanoparticles are arranged on the substrate will be described in detail.
本発明において、ナノ粒子とは、ナノメートルオーダー（例えば、直径が１〜１００ｎｍ程度）の大きさの粒子をいう。ナノ粒子としては、後述のポリマー鎖を結合できるものであれば特に制限されず、例えば、有機ナノ粒子、無機ナノ粒子、有機・無機複合ナノ粒子などが挙げられる。ナノ粒子は、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。 In the present invention, a nanoparticle refers to a particle having a size of nanometer order (for example, a diameter of about 1 to 100 nm). The nanoparticle is not particularly limited as long as it can bind a polymer chain described below, and examples thereof include organic nanoparticles, inorganic nanoparticles, and organic / inorganic composite nanoparticles. The nanoparticles may be used alone or in combination of two or more.
有機ナノ粒子を構成する素材としては、樹脂、ポリペプチド、核酸、脂質、多糖類などが挙げられる。樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。 Examples of materials constituting the organic nanoparticles include resins, polypeptides, nucleic acids, lipids, and polysaccharides. Examples of the resin include polyolefin resin, polyester resin, polyamide resin, polyimide resin, polycarbonate resin, phenol resin, epoxy resin, silicon resin, fluorine resin, and urethane resin.
無機ナノ粒子を構成する素材としては、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物、ガラスなどが挙げられる。金属としては、特に制限されず、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｇａ、Ｕ、Ｐｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃｄ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｍｏ、Ｔｅまたはこれらの少なくとも１種の金属を含む合金などが挙げられ、好ましくはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕなどが挙げられる。また、金属酸化物としては、これらの金属の酸化物が挙げられ、好ましくはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔａなど酸化物が挙げられる。金属水酸化物としては、これらの金属の水酸化物が挙げられ、好ましくはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｂａなどの水酸化物が挙げられる。金属硫化物としては、これらの金属の硫化物が挙げられ、好ましくはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｃｄ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｉｒ、Ｓｂ、Ｍｏ、Ｔｅなどの硫化物が挙げられる。 Examples of the material constituting the inorganic nanoparticles include metals, metal oxides, metal hydroxides, metal sulfides, and glass. The metal is not particularly limited. For example, Fe, Co, Mn, Ni, Al, Ca, Mg, Zn, Ti, Ir, Hf, Cr, Be, Ga, U, Pb, V, Cu, In, Si , Ta, Pt, Pd, Au, Ag, Ba, Cd, Bi, Sb, Mo, Te or an alloy containing at least one of these metals, preferably Fe, Co, Ni, Au, etc. It is done. Moreover, as a metal oxide, the oxide of these metals is mentioned, Preferably oxides, such as Fe, Co, Ni, Ta, are mentioned. Examples of the metal hydroxide include hydroxides of these metals, preferably hydroxides such as Fe, Co, Ni, Ta, Mn, Al, Ca, Mg, Zn, Ti, and Ba. Examples of the metal sulfide include sulfides of these metals, preferably Fe, Co, Ni, Au, Pt, Cu, Cd, Ag, Pd, Zn, Mn, Bi, Ir, Sb, Mo, Te, and the like. Of sulfides.
有機・無機複合ナノ粒子としては、上記の有機ナノ粒子を構成する素材と上記の無機ナノ粒子を構成する素材との複合体が挙げられる。有機・無機複合ナノ粒子としては、好ましくは、ポリペプチドにより構成されたシェル部と、無機ナノ粒子により構成されたコア部とを有するコアシェル粒子が挙げられる。ポリペプチドは、その種類ごとに特定の構造を有するため、シェル部とコア部も種類ごとに特定のサイズとなる。バイオテクノロジーでは、「ＤＮＡ」という設計図をもとに分子レベルでの生成物（アミノ酸残基）の制御が可能であるため、そのさまざまなアミノ酸残基からなる全てのポリペプチドは、自己集合能によってサイズ分散が実質的にないポリペプチドを形成することができる。このため、有機・無機複合ナノ粒子としてこのようなコアシェル粒子を用いることにより、ナノ粒子のサイズを極めて精密に制御することが可能となる。コアシェル粒子の粒径としては、例えば１〜１００ｎｍ程度、好ましくは２〜２０ｎｍ程度が挙げられる。コアシェル粒子において、コア部の直径としては特に制限されず、例えば０．１〜９９ｎｍ程度、好ましくは１〜１０ｎｍ程度が挙げられる。また、シェル部の厚みとしては、例えば１〜９９．９ｎｍ程度、好ましくは１〜９０ｎｍ程度が挙げられる。なお、コアシェル粒子の粒径は、透過型電子顕微鏡観察により測定される値である。 Examples of the organic / inorganic composite nanoparticles include a composite of the material constituting the organic nanoparticles and the material constituting the inorganic nanoparticles. The organic / inorganic composite nanoparticles preferably include core-shell particles having a shell part composed of a polypeptide and a core part composed of inorganic nanoparticles. Since the polypeptide has a specific structure for each type, the shell portion and the core portion also have a specific size for each type. In biotechnology, it is possible to control products (amino acid residues) at the molecular level based on the design drawing of “DNA”, so that all polypeptides consisting of these various amino acid residues are capable of self-assembly. Can form polypeptides that are substantially free of size dispersion. For this reason, by using such core-shell particles as the organic / inorganic composite nanoparticles, it is possible to control the size of the nanoparticles extremely precisely. The particle diameter of the core-shell particles is, for example, about 1 to 100 nm, preferably about 2 to 20 nm. In the core-shell particles, the diameter of the core part is not particularly limited, and for example, about 0.1 to 99 nm, preferably about 1 to 10 nm. Moreover, as thickness of a shell part, about 1-99.9 nm is mentioned, for example, Preferably about 1-90 nm is mentioned. The particle diameter of the core-shell particles is a value measured by observation with a transmission electron microscope.
コアシェル粒子のシェル部を構成するポリペプチドとしては、特に制限されないが、例えば、コアとなる無機ナノ粒子を内包できるかご状タンパク質が挙げられ、具体的には、球殻状タンパク質が挙げられる。球殻状タンパク質としては、例えば、フェリチン様タンパク質などが挙げられる。ここで、フェリチンタンパク質とは、フェリチンを構成する球状のタンパク質であり、内部空間に金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物などの無機ナノ粒子を内包することができる。フェリチン様タンパク質には、このフェリチンタンパク質の他、アミノ酸配列やサブユニットの数などの点でフェリチンタンパク質とは非共通部分があるが、内部空間に無機ナノ粒子を内包できる機能を有するタンパク質が含まれる。なお、フェリチンとは、生体内で鉄を貯蔵するタンパク質として知られており、タンパク質のサブユニットが２４個であり、フェリチンタンパク質の内部空間には酸化鉄が内包されている。内部空間に酸化鉄などの無機ナノ粒子が含まれていないフェリチンは、一般に、アポフェリチンなどと称される。フェリチンタンパク質の由来は、特に制限されず、例えば人、馬などの哺乳動物由来、大豆などの植物由来、大腸菌などの微生物由来などが挙げられる。また、フェリチンタンパク質のサブユニットは、Ｌ鎖（軽鎖）又はＨ鎖（重鎖）のいずれか一方で構成されていても、またこれらの双方で構成されていてもよいが、好ましくはＬ鎖が挙げられる。また、フェリチン様タンパク質には、リステリア菌に由来するリステリアフェリチンタンパク質も含まれる。リステリアフェリチンタンパク質とは、リステリアフェリチンを構成する球状のタンパク質であり、フェリチンタンパク質と同様、内部空間に金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物などの無機ナノ粒子を内包することができる。リステリアフェリチンタンパク質は、タンパク質のサブユニットが上記フェリチンタンパク質の半数の１２個である。 Although it does not restrict | limit especially as polypeptide which comprises the shell part of core-shell particle, For example, the cage protein which can encapsulate the inorganic nanoparticle used as a core is mentioned, Specifically, a spherical shell protein is mentioned. Examples of the spherical shell protein include ferritin-like protein. Here, ferritin protein is a spherical protein constituting ferritin, and can contain inorganic nanoparticles such as metals, metal oxides, metal hydroxides, and metal sulfides in the internal space. Ferritin-like proteins include, in addition to this ferritin protein, proteins that have a function that can encapsulate inorganic nanoparticles in the internal space, although there are non-common parts with ferritin protein in terms of amino acid sequence and number of subunits. . Ferritin is known as a protein that stores iron in vivo, and has 24 protein subunits, and iron oxide is included in the internal space of the ferritin protein. Ferritin that does not contain inorganic nanoparticles such as iron oxide in the internal space is generally referred to as apoferritin. The origin of ferritin protein is not particularly limited, and examples thereof include those derived from mammals such as humans and horses, plants such as soybeans, and microorganisms such as Escherichia coli. Further, the subunit of ferritin protein may be composed of either the L chain (light chain) or the H chain (heavy chain), or may be composed of both of these, but preferably the L chain Is mentioned. The ferritin-like protein also includes a Listeria ferritin protein derived from Listeria monocytogenes. Listeria ferritin protein is a globular protein that constitutes listeria ferritin, and can contain inorganic nanoparticles such as metals, metal oxides, metal hydroxides, and metal sulfides in the internal space, similar to ferritin proteins. . Listeria ferritin protein has 12 protein subunits, half of the ferritin protein.
これらの球殻状タンパク質のサブユニットは、上記のような無機ナノ粒子を内包できることを限度として、１または数個若しくは複数個のアミノ酸残基が置換、欠失、付加、または挿入された変異体であってもよい。なお、変異体は、公知の遺伝子工学的手法を使用することによって作製することができる。 These spherical shell protein subunits are mutants in which one or several or a plurality of amino acid residues are substituted, deleted, added, or inserted, as long as the inorganic nanoparticles as described above can be included. It may be. The mutant can be prepared by using a known genetic engineering technique.
コアシェル粒子のコア部を構成する無機ナノ粒子としては、上記の金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物などが挙げられる。このようなフェリチンは、公知の方法により合成することができ、例えば、K. Iwahori, K. Yoshizawa, M. Muraoka, I. Yamashita, Inorg. Chem., 44, 6393 (2005)に記載された大腸菌を用いた遺伝子組み換え技術を用いることにより合成することができる。また、リステリアフェリチンでは、例えば、K. Iwahori, T. Enomoto, H. Furusho, A. Miura, K. Nishio,Y. Mishima, I. Yamashita, Chem. Mater. 2007, 19, 3105-3111に記載された大腸菌を用いた遺伝子組み換え技術を用いることにより合成することができる。 Examples of the inorganic nanoparticles constituting the core part of the core-shell particles include the above metals, metal oxides, metal hydroxides, metal sulfides and the like. Such ferritin can be synthesized by a known method. For example, E. coli described in K. Iwahori, K. Yoshizawa, M. Muraoka, I. Yamashita, Inorg. Chem., 44, 6393 (2005) Can be synthesized by using a genetic recombination technique using Listeria ferritin is described in, for example, K. Iwahori, T. Enomoto, H. Furusho, A. Miura, K. Nishio, Y. Mishima, I. Yamashita, Chem. Mater. 2007, 19, 3105-3111. Can be synthesized by using a genetic recombination technique using E. coli.
本発明において基板上に配列させるナノ粒子としては、フェリチンが特に好ましい。フェリチンの直径は約１３ｎｍであり、中心の空孔は約７ｎｍである。この空孔には、通常約２０００個の鉄原子が内包され、コア部を形成している。このように、特定のサイズを有するフェリチンをナノ粒子として用い、かつ、当該フェリチンの表面に後述するような方法でポリマー鎖を結合することにより、種々の基板上において、特定サイズのナノ粒子を所望の間隔、略等間隔、及び高い位置精度で配列させることができる。 In the present invention, ferritin is particularly preferable as the nanoparticle arranged on the substrate. Ferritin has a diameter of about 13 nm and a central pore of about 7 nm. In general, about 2000 iron atoms are included in the pores to form a core portion. As described above, by using ferritin having a specific size as a nanoparticle, and binding a polymer chain to the surface of the ferritin by a method as described later, a nanoparticle of a specific size is desired on various substrates. Can be arranged with substantially equal intervals and high positional accuracy.
さらに、フェリチンのコア部は、基板上に配列させるナノ粒子の種類に応じて、上記文献などに記載された公知の遺伝子組み換え技術により種々の金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物などに置換することが可能である。また、フェリチンのコア部の密度を制御することにより、コア部を形成する金属の量の制御も可能であるため、コア部のサイズも制御することができる。また、フェリチンのシェル部を構成するタンパク質は、ＵＶ／オゾン熱処理などによって、分解・除去しやすいという特徴を有する。したがって、フェリチンのタンパク質を除去することにより、コア部にある無機ナノ粒子のみをナノ粒子として基板上に配列させることができる。なお、ＵＶ／オゾン熱処理は、ＵＶ／オゾン処理装置を用いて１００〜１２０℃程度で１０〜４０分間程度処理することより行うことができる。 Furthermore, the core part of ferritin is made of various metals, metal oxides, metal hydroxides, metal sulfides according to known genetic recombination techniques described in the above documents, etc., depending on the type of nanoparticles arranged on the substrate. Etc. can be substituted. Further, by controlling the density of the core part of ferritin, the amount of the metal forming the core part can also be controlled, so that the size of the core part can also be controlled. Further, the protein constituting the shell part of ferritin is characterized by being easily decomposed and removed by UV / ozone heat treatment. Therefore, by removing the ferritin protein, only the inorganic nanoparticles in the core part can be arranged on the substrate as nanoparticles. In addition, UV / ozone heat processing can be performed by processing at about 100-120 degreeC for about 10 to 40 minutes using a UV / ozone processing apparatus.
このように、フェリチンをナノ粒子として用いることにより、基板上において、所望のサイズの無理ナノ粒子を、所望の間隔で、略等間隔に配列させることができる。なお、フェリチンのコア部は、一般に金属酸化物などにより構成されているが、フェリチンを基板上に配列し、シェル部を構成するタンパク質を除去して、金属酸化物のナノ粒子が配列された基板を得た後、この基板に対して水素ガス、窒素ガスなど還元力のあるガスを用いて熱処理を行うことにより、基板上に配列された金属酸化物を還元して、金属などの導体または半導体などが配列された基板に容易に変換することができる。 As described above, by using ferritin as nanoparticles, irrational nanoparticles having a desired size can be arranged on the substrate at substantially equal intervals at desired intervals. The core of ferritin is generally composed of a metal oxide or the like. However, a substrate on which metal oxide nanoparticles are arrayed by arranging the ferritin on the substrate and removing the protein constituting the shell. Then, the substrate is subjected to a heat treatment using a reducing gas such as hydrogen gas or nitrogen gas to reduce the metal oxide arranged on the substrate, thereby conducting a conductor such as a metal or a semiconductor. Etc. can be easily converted to an array of substrates.
本発明において、ナノ粒子に結合されたポリマー鎖としては、特に制限されないが、分子量や長さが調整しやすく、ナノ粒子を所望の間隔で略等間隔に配列させることが容易であることから、ポリアルキレングリコール鎖であることが好ましい。ポリアルキレングリコール鎖の具体例としては、好ましくはポリエチレングリコール鎖、ポリプロピレングリコール鎖、ポリブチレングリコール鎖などが挙げられ、より好ましくはポリエチレングリコールが挙げられる。ナノ粒子をより高精度で等間隔に配置する観点からは、ポリアルキレングリコール鎖の分子量分布はできるだけ小さいことが望ましい。ポリアルキレングリコール鎖は、分子量分布を制御しやすいため、この観点からも、ポリアルキレングリコール鎖を用いることが好ましい。ポリマー鎖の分子量としては、隣接するナノ粒子間に設ける所望の中心間距離に応じて適宜設定することができ、例えば、５百〜５０万程度、好ましくは１千〜２５万程度、より好ましくは１千〜５万程度が挙げられる。なお、ポリマー鎖の分子量は、ＧＰＣを用いて測定される重量平均分子量とすることができる。 In the present invention, the polymer chain bonded to the nanoparticles is not particularly limited, but the molecular weight and length are easy to adjust, and it is easy to arrange the nanoparticles at substantially equal intervals at a desired interval. A polyalkylene glycol chain is preferred. Specific examples of the polyalkylene glycol chain preferably include a polyethylene glycol chain, a polypropylene glycol chain, and a polybutylene glycol chain, and more preferably polyethylene glycol. From the viewpoint of arranging the nanoparticles with high accuracy and at equal intervals, it is desirable that the molecular weight distribution of the polyalkylene glycol chain is as small as possible. Since the polyalkylene glycol chain can easily control the molecular weight distribution, it is preferable to use the polyalkylene glycol chain also from this viewpoint. The molecular weight of the polymer chain can be appropriately set according to the desired center-to-center distance provided between adjacent nanoparticles, for example, about 500 to 500,000, preferably about 1,000 to 250,000, more preferably About 1,000 to 50,000 may be mentioned. In addition, the molecular weight of a polymer chain can be made into the weight average molecular weight measured using GPC.
ナノ粒子に結合されたポリマー鎖の最大長さとしては、隣接するナノ粒子間に設ける所望の中心間距離に応じて適宜設定することができ、例えば、４ｎｍ以上、好ましくは５〜３０ｎｍ程度である。 The maximum length of the polymer chain bonded to the nanoparticles can be appropriately set according to a desired center-to-center distance provided between adjacent nanoparticles, and is, for example, 4 nm or more, preferably about 5 to 30 nm. .
ナノ粒子を略等間隔で配列させるためには、ポリマー鎖によって形成される他のナノ粒子などが近づくことができない領域の範囲が、各ナノ粒子においてほぼ揃っている必要がある。このような観点からは、ナノ粒子に結合されたポリマー鎖の種類は、１種類であることが好ましい。 In order to arrange the nanoparticles at substantially equal intervals, it is necessary for each nanoparticle to have substantially the same range of regions where other nanoparticles formed by polymer chains cannot approach. From such a viewpoint, it is preferable that the number of polymer chains bonded to the nanoparticles is one.
ナノ粒子とポリマー鎖との結合は、ナノ粒子とポリマー鎖とを直接結合させてもよいし、リンカーとなる基を介して結合させてもよい。 The nanoparticle and the polymer chain may be bonded directly to the nanoparticle and the polymer chain or may be bonded via a group serving as a linker.
例えば、ナノ粒子が有機ナノ粒子である場合には、当該有機ナノ粒子の表面に位置する官能基と、ポリマー鎖の官能基とを反応させることにより、ポリマー鎖が結合したナノ粒子が得られる。また、ナノ粒子が金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物、ガラスなどの無機ナノ粒子により構成されている場合には、リンカーとしてシランカップリング剤や後述のＰＥＧ修飾剤などを用いることにより、リンカーを介してナノ粒子とポリマー鎖とを結合することができる。例えば、シランカップリング剤などを用いることにより、ナノ粒子の表面にある水酸基などと、ポリマー鎖の官能基とを結合することができる。また、有機・無機複合ナノ粒子の場合にも、これらの何れかの方法を用いることによって、ポリマー鎖が結合したナノ粒子が得られる。 For example, when a nanoparticle is an organic nanoparticle, the nanoparticle which the polymer chain couple | bonded is obtained by making the functional group located in the surface of the said organic nanoparticle react with the functional group of a polymer chain. In addition, when the nanoparticles are composed of inorganic nanoparticles such as metal, metal oxide, metal hydroxide, metal sulfide, and glass, a silane coupling agent or a PEG modifier described later is used as a linker. Thus, the nanoparticles and the polymer chain can be bonded via the linker. For example, by using a silane coupling agent or the like, a hydroxyl group on the surface of the nanoparticle can be bonded to a functional group of the polymer chain. Also in the case of organic / inorganic composite nanoparticles, by using any one of these methods, nanoparticles having polymer chains bonded thereto can be obtained.
例えば、ナノ粒子が、ポリペプチドにより構成されたシェル部と、無機ナノ粒子により構成されたコア部とを有する上記のコアシェル粒子である場合、ポリペプチドは、その種類に応じた官能基（例えばアミノ基、スルフヒドリル基、カルボキシル基、水酸基など）を有しているため、この官能基とポリマー鎖の官能基とを結合させることにより、ナノ粒子とポリマー鎖を結合することができる。以下に、ポリマー鎖が結合したナノ粒子の調製方法の具体例として、ポリマー鎖としてポリエチレングリコール（ＰＥＧ）鎖を用い、ナノ粒子としてフェリチンを用いた場合について説明する。 For example, when the nanoparticle is the above-described core-shell particle having a shell part composed of a polypeptide and a core part composed of an inorganic nanoparticle, the polypeptide has a functional group (for example, amino group) according to its type. Group, a sulfhydryl group, a carboxyl group, a hydroxyl group, and the like), the nanoparticle and the polymer chain can be bonded by bonding this functional group to the functional group of the polymer chain. Hereinafter, as a specific example of a method for preparing nanoparticles having polymer chains bound thereto, a case where polyethylene glycol (PEG) chains are used as polymer chains and ferritin is used as nanoparticles will be described.
フェリチンは、シェル部を構成するポリペプチドにアミノ基を有する。従って、例えば、アミノ基と反応する公知のＰＥＧ修飾剤を用いることによって、フェリチン粒子のシェル部にポリマー鎖を結合させることができる。例えば、アミノ基と反応する置換基を有するＰＥＧ修飾剤としては、ＰＥＧ鎖の末端にスクシンイミド基（ＮＨＳ）、ニトロ基、またはアルデヒド基などが導入されたものが挙げられる。なお、スルフヒドリル基と反応する置換基を有するＰＥＧ修飾剤としては、ＰＥＧ鎖の末端にスクシンイミド基（ＮＨＳ）、スルフヒドリル基、またはマレイミド基などが導入されたものが挙げられる。また、水酸基と反応する置換基を有するＰＥＧ修飾剤としては、ＰＥＧ鎖の末端にスクシンイミド基（ＮＨＳ）が導入されたものなどが挙げられる。カルボキシル基と反応する置換基を有するＰＥＧ修飾剤としては、ＰＥＧ鎖の末端にアミノ基が導入されたものなどが挙げられる。マレイミド基と反応する置換基を有するＰＥＧ修飾剤としては、ＰＥＧ鎖の末端にスルフヒドリル基が導入されたものなどが挙げられる。よって、例えば、表面にアミノ基、スルフヒドリル基、水酸基、カルボキシル基、マレイミド基などの官能基を有するナノ粒子には、以上のようなＰＥＧ修飾剤を用いてＰＥＧ鎖を導入することができる。なお、これらのＰＥＧ修飾剤においては、一般に、片末端はメトキシ化などがなされている。これらの置換基を有するＰＥＧ修飾剤としては、種々の分子量を有するものが、市販品として入手可能である。 Ferritin has an amino group in the polypeptide constituting the shell part. Therefore, for example, by using a known PEG modifier that reacts with an amino group, the polymer chain can be bound to the shell portion of the ferritin particle. For example, examples of the PEG modifier having a substituent that reacts with an amino group include those in which a succinimide group (NHS), a nitro group, or an aldehyde group is introduced at the end of the PEG chain. Examples of the PEG modifier having a substituent that reacts with a sulfhydryl group include those in which a succinimide group (NHS), a sulfhydryl group, or a maleimide group is introduced at the end of the PEG chain. Examples of the PEG modifier having a substituent that reacts with a hydroxyl group include those having a succinimide group (NHS) introduced at the end of the PEG chain. Examples of the PEG modifier having a substituent that reacts with a carboxyl group include those having an amino group introduced at the end of the PEG chain. Examples of the PEG modifier having a substituent that reacts with the maleimide group include those having a sulfhydryl group introduced at the end of the PEG chain. Therefore, for example, PEG chains can be introduced into nanoparticles having functional groups such as amino groups, sulfhydryl groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, and maleimide groups on the surface using the above PEG modifiers. In these PEG modifiers, one end is generally methoxylated. As PEG modifiers having these substituents, those having various molecular weights are commercially available.
フェリチンとＰＥＧ修飾剤との結合は、フェリチンとＰＥＧ修飾剤とをバッファーなどを含む水溶液中で混合することにより行うことができる。このとき、フェリチンに対してＰＥＧ修飾剤を過剰に加え、フェリチンへのＰＥＧ修飾剤の結合を進行しやすくすることが好ましい。なお、反応しなかったＰＥＧ修飾剤は、透析、カラムなどにより分離することができる。コア部に無機ナノ粒子を含むフェリチンの代わりに、コア部が空のアポフェリチンを用い、アポフェリチンとＰＥＧ修飾剤とを結合させたのち、上記のような方法により、コア部に無機ナノ粒子を導入してもよい。 Binding of ferritin and PEG modifier can be performed by mixing ferritin and PEG modifier in an aqueous solution containing a buffer or the like. At this time, it is preferable to add an excess of the PEG modifier to ferritin to facilitate the binding of the PEG modifier to ferritin. The unreacted PEG modifier can be separated by dialysis, column, or the like. Instead of ferritin containing inorganic nanoparticles in the core part, apoferritin with an empty core part is used, and after binding apoferritin and a PEG modifier, inorganic nanoparticles are attached to the core part by the method described above. It may be introduced.
ポリマー鎖が結合したナノ粒子の粒径としては、好ましくは６ｎｍ以上、より好ましくは６〜５０ｎｍ程度、さらに好ましくは１５〜３０ｎｍ程度である。本発明において、ポリマー鎖が結合したナノ粒子の粒径は、動的光散乱法を用いて測定されたメジアン径である。 The particle size of the nanoparticles to which the polymer chain is bonded is preferably 6 nm or more, more preferably about 6 to 50 nm, and still more preferably about 15 to 30 nm. In the present invention, the particle size of the nanoparticles to which the polymer chain is bonded is the median diameter measured using a dynamic light scattering method.
本発明において、ポリマー鎖が結合したナノ粒子を含むナノ粒子溶液は、ポリマー鎖が結合したナノ粒子と溶媒を含む。溶媒としては、ポリマー鎖が結合したナノ粒子を均一に分散できれば特に制限されないが、例えば、水、アルコールなどが挙げられる。溶媒には、ｐＨなどを調製するために、バッファーなどを配合してもよい。 In the present invention, the nanoparticle solution containing nanoparticles to which polymer chains are bonded contains the nanoparticles to which the polymer chains are bonded and a solvent. The solvent is not particularly limited as long as the nanoparticles to which the polymer chain is bonded can be uniformly dispersed, and examples thereof include water and alcohol. In order to adjust pH etc., you may mix | blend a buffer etc. with a solvent.
ナノ粒子溶液中におけるポリマー鎖が結合したナノ粒子の濃度としては、ナノ粒子溶液を基板上に塗布し、溶媒を除去した場合に、基板上においてポリマー鎖が結合したナノ粒子が密に配置され、隣接するナノ粒子が略等間隔で配列される程度の濃度であれば特に制限されない。ナノ粒子溶液中におけるポリマー鎖が結合したナノ粒子の濃度としては、ポリマー鎖の分子量などによっても異なるが、好ましくは０．０１ｍｇ／ｍＬ以上、好ましくは０．０１〜０．１ｍｇ／ｍＬ程度が挙げられる。 The concentration of nanoparticles with polymer chains in the nanoparticle solution is such that when the nanoparticle solution is applied onto the substrate and the solvent is removed, the nanoparticles with polymer chains are densely arranged on the substrate, There is no particular limitation as long as the concentration is such that adjacent nanoparticles are arranged at approximately equal intervals. The concentration of the nanoparticles to which the polymer chain is bonded in the nanoparticle solution varies depending on the molecular weight of the polymer chain, but preferably 0.01 mg / mL or more, preferably about 0.01 to 0.1 mg / mL. It is done.
本発明の配列方法においては、上記のナノ粒子溶液を、基板上に塗布する塗布工程を含む。基板上にナノ粒子溶液を塗布する前に、基板の表面を洗浄することが好ましい。基板の洗浄は、例えば、基板の表面をＵＶ／オゾン処理装置を用いて１００〜１２０℃程度で１０〜４０分間程度処理することより行うことができ、この処理により、基板上の有機物の除去と親水化を同時に行うことができる。 In the arrangement | sequence method of this invention, the application | coating process which apply | coats said nanoparticle solution on a board | substrate is included. It is preferable to clean the surface of the substrate before applying the nanoparticle solution onto the substrate. The substrate can be cleaned by, for example, treating the surface of the substrate at about 100 to 120 ° C. for about 10 to 40 minutes using a UV / ozone treatment apparatus. By this treatment, organic substances on the substrate can be removed. Hydrophilization can be performed simultaneously.
ポリマー鎖が結合したナノ粒子は、以上の塗布工程により、好ましくは隣接するナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲、より好ましくは３０〜６０ｎｍの範囲において、略等間隔で基板上に配列される。基板上のナノ粒子溶液中の溶媒は、乾燥工程を行うことにより除去することができる。溶媒の除去方法としては、特に制限されず、自然乾燥させてもよいし、加熱や送風により乾燥を早めてもよい。さらに、基板が薄い場合などには、スピンドライ法により乾燥させてもよい。なお、本発明において、基板上における隣接するナノ粒子の中心間距離は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて基板の表面の８００ｎｍ×１０００ｎｍの範囲について画像情報を取得し、当該画像情報を処理することにより得た動径分布関数ｇ（ｒ）から求めることができる。具体的には、まず、上記の画像情報（ＳＥＭ像）を取得した後、画像処理において、当該ＳＥＭ像のコントラストを調整し、ナノ粒子の中心座標をプログラムにより算出する。プログラムにより認識できなかったナノ粒子については、手作業で座標を算出する。すべてのナノ粒子座標を算出した後、ナノ粒子の２点間距離をすべての組み合わせにおいて計算する。その後、ナノ粒子の中心間距離（２点間距離）がｒ以上ｒ＋ｄｒ未満の頻度をｒ＝０ｎｍからｒ＝１５０ｎｍまで計算することで動径分布関数ｇ（ｒ）が得られる。 The nanoparticles to which the polymer chains are bonded are arranged on the substrate at substantially equal intervals by the above coating process, preferably in the range of the distance between the centers of adjacent nanoparticles of 12 to 100 nm, more preferably in the range of 30 to 60 nm. Is done. The solvent in the nanoparticle solution on the substrate can be removed by performing a drying process. The method for removing the solvent is not particularly limited, and may be naturally dried, or may be accelerated by heating or blowing. Further, when the substrate is thin, it may be dried by a spin dry method. In the present invention, the distance between the centers of adjacent nanoparticles on the substrate is obtained by acquiring image information for a range of 800 nm × 1000 nm on the surface of the substrate using a scanning electron microscope (SEM) and processing the image information. It can obtain | require from the radial distribution function g (r) obtained by this. Specifically, first, after obtaining the image information (SEM image), in the image processing, the contrast of the SEM image is adjusted, and the center coordinates of the nanoparticles are calculated by a program. For nanoparticles that could not be recognized by the program, the coordinates are calculated manually. After calculating all the nanoparticle coordinates, the distance between the two points of the nanoparticles is calculated in all combinations. Then, the radial distribution function g (r) is obtained by calculating the frequency where the distance between the centers of the nanoparticles (distance between two points) is not less than r and less than r + dr from r = 0 nm to r = 150 nm.
塗布工程の後、必要に応じて、基板上のポリマー鎖が結合したナノ粒子から当該ポリマー鎖を除去する除去工程を行ってもよい。ポリマー鎖が結合したナノ粒子からポリマー鎖を除去し、基板上にナノ粒子を残すことにより、基板上にナノ粒子のみが配列された基板が得られる。このとき、ナノ粒子間の中心間距離は、実質的に変化せずに保持される。ポリマー鎖が結合したナノ粒子からポリマー鎖を除去する方法としては、例えば、ポリマー鎖が結合したナノ粒子が配列された基板の表面をＵＶ／オゾン熱処理する方法、ポリマー鎖が結合したナノ粒子が配列された基板を焼成する方法、ポリマー鎖とナノ粒子との結合を化学的に切断する方法などが挙げられる。ＵＶ／オゾン熱処理する場合、例えば、上述のＰＥＧ鎖であれば、ＵＶ／オゾン処理装置を用いて１００〜１２０℃程度で１０〜４０分間程度処理することにより、ポリマー鎖を除去することができる。また、焼成する場合、焼成温度は、ポリマー鎖が熱により分解し、基板上から除去される温度であれば特に制限されず、例えば、４００〜５００℃程度が挙げられる。なお、後述の通り、ポリマー鎖の除去は、必要に応じて行えばよいが、例えば、本発明のナノ粒子が配列された基板が半導体などの分野に使用される場合には、ポリマー鎖が不純物となり得るので、ポリマー鎖を除去する工程を備えていることが好ましい。 After the coating step, if necessary, a removal step of removing the polymer chain from the nanoparticles to which the polymer chain is bonded may be performed. By removing the polymer chains from the nanoparticles to which the polymer chains are bonded and leaving the nanoparticles on the substrate, a substrate in which only the nanoparticles are arranged on the substrate is obtained. At this time, the center-to-center distance between the nanoparticles is maintained without substantially changing. Examples of a method for removing a polymer chain from a nanoparticle to which a polymer chain is bonded include, for example, a method in which the surface of a substrate on which a nanoparticle having a polymer chain is bonded is subjected to UV / ozone heat treatment, Examples thereof include a method of firing the formed substrate and a method of chemically cleaving the bond between the polymer chain and the nanoparticles. In the case of UV / ozone heat treatment, for example, in the case of the PEG chain described above, the polymer chain can be removed by treatment at about 100 to 120 ° C. for about 10 to 40 minutes using a UV / ozone treatment apparatus. In the case of firing, the firing temperature is not particularly limited as long as the polymer chain is decomposed by heat and removed from the substrate, and examples thereof include about 400 to 500 ° C. As will be described later, the polymer chain may be removed as necessary. For example, when the substrate on which the nanoparticles of the present invention are arranged is used in the field of semiconductors, the polymer chain is an impurity. Therefore, it is preferable to include a step of removing the polymer chain.
さらに、本発明の配列方法において、ナノ粒子としてフェリチンなどの上記のコアシェル粒子を用いる場合、上記のＵＶ／オゾン熱処理または焼成によって、ポリマー鎖と共にシェル部を構成するポリペプチドも除去され、コア部を構成する無機ナノ粒子のみが配列した基板を得ることができる。このような処理によってポリペプチドをコア部から除去することにより、シェル部に結合していたポリマー鎖も同時にコア部から除去することができる。なお、後述の通り、シェル部の除去は、必要に応じて行えばよいが、例えば、本発明のナノ粒子が配列された基板が半導体などの分野に使用される場合には、シェル部を構成するポリペプチドが不純物となり得るので、シェル部を除去する工程を備えていることが好ましい。 Furthermore, when the above core-shell particles such as ferritin are used as the nanoparticles in the arraying method of the present invention, the above-mentioned UV / ozone heat treatment or baking also removes the polypeptide that forms the shell portion together with the polymer chain, It is possible to obtain a substrate in which only the constituent inorganic nanoparticles are arranged. By removing the polypeptide from the core part by such treatment, the polymer chain bonded to the shell part can be simultaneously removed from the core part. As will be described later, the shell portion may be removed as necessary. For example, when the substrate on which the nanoparticles of the present invention are arranged is used in the field of semiconductors, the shell portion is configured. Since the polypeptide to be processed can be an impurity, it is preferable to include a step of removing the shell portion.
ナノ粒子溶液を塗布する基板を構成する素材としては、特に制限されず、樹脂、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、ガラスなどが挙げられる。樹脂としては、特に制限されず、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。また、金属としては、特に制限されず、Ｓｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｇａ、またはこれらの少なくとも１種の金属を含む合金などが挙げられる。金属酸化物としては、これらの金属の酸化物が挙げられる。これらの中でも、本発明の配列方法を半導体用途に適用する場合、基板としては、Ｓｉ基板、ＳｉＯ2基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などが好ましい。 The material constituting the substrate to which the nanoparticle solution is applied is not particularly limited, and examples thereof include resin, metal, metal oxide, metal carbide, metal nitride, and glass. The resin is not particularly limited, and examples thereof include polyolefin resin, polyester resin, polyamide resin, polyimide resin, polycarbonate resin, phenol resin, epoxy resin, silicon resin, fluorine resin, and urethane resin. Moreover, it does not restrict | limit especially as a metal, Si, Au, Cu, Pt, Zn, Fe, Ta, Bi, Te, Ga, the alloy containing these at least 1 sort (s) of a metal, etc. are mentioned. Examples of the metal oxide include oxides of these metals. Among these, when the alignment method of the present invention is applied to semiconductor applications, the substrate is preferably a Si substrate, a SiO 2 substrate, a SiC substrate, a GaN substrate, or the like.
本発明の基板上へのナノ粒子の配列方法によれば、上記のような種々の基板上において、ナノ粒子を所望の間隔、かつ、略等間隔に配列させることができる。従って、本発明の配列方法は、例えば、熱電変換素子、太陽電池、ディスプレイ、メモリ、薄膜トランジスタ、ＬＳＩなどの半導体分野などのナノデバイスに好適に適用することができる。特に、本発明において、ナノ粒子としてフェリチンなどのコアシェル粒子を用いた場合には、ナノ粒子のサイズと配置位置とを極めて精密に制御することができるため、本発明の配列方法は、上記のようなナノデバイスにおいて、特に好適に適用することができる。また、本発明の配列方法よって、例えば金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物などの無機ナノ粒子のみを基板上に配列させることにより、当該金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物などからなるコアを量子ドットとして用いた半導体装置（ナノデバイス）が得られる。 According to the method for arranging nanoparticles on the substrate of the present invention, the nanoparticles can be arranged at desired intervals and at substantially equal intervals on the various substrates as described above. Therefore, the arrangement method of the present invention can be suitably applied to nanodevices in the semiconductor field such as thermoelectric conversion elements, solar cells, displays, memories, thin film transistors, and LSIs. In particular, in the present invention, when core-shell particles such as ferritin are used as the nanoparticles, the size and arrangement position of the nanoparticles can be controlled very precisely. In particular, the present invention can be suitably applied to such nanodevices. Further, by arranging only inorganic nanoparticles such as metals, metal oxides, metal hydroxides, metal sulfides, etc. on the substrate by the alignment method of the present invention, the metals, metal oxides, metal hydroxides are arranged. A semiconductor device (nanodevice) using a core made of metal sulfide or the like as a quantum dot can be obtained.
本発明の基板上へのナノ粒子の配列方法によって、ポリマー鎖が結合したナノ粒子が表面上に配列された基板が得られる。このような基板においては、隣接するナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲、好ましくは３０〜６０ｎｍの範囲において、ポリマー鎖が結合したナノ粒子が所望の間隔かつ略等間隔で基板上に配列されている。また、上記の通り、ポリマー鎖が結合したナノ粒子を含むナノ粒子溶液を基板上に塗布した後、前記ポリマー鎖を除去することにより、ポリマー鎖が結合していないナノ粒子が表面上に配列された基板も得られる。このような基板においては、隣接するナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲、好ましくは３０〜６０ｎｍの範囲において、ポリマー鎖が結合していないナノ粒子が所望の間隔かつ略等間隔で基板上に配列されている。従って、これらの基板は、上記のようなナノデバイスに好適に適用することができる。特に、上記のフェリチンなどのコアシェル粒子を用いた場合には、ナノ粒子のサイズと配置位置とを極めて精密に制御することができるため、本発明の基板は、これらのナノデバイスにおいて、特に好適に使用することができる。さらに、ポリマー鎖やシェル部は上記のような方法により容易に除去することができるため、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物などの無機ナノ粒子のみを基板上に配列させた基板をナノデバイスに適用することもできる。例えば、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物などの無機ナノ粒子のみを基板上に配列させた基板は、当該金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物などからなるコアを量子ドットとして用いた半導体装置（ナノデバイス）に好適に使用することができる。 According to the method of arranging nanoparticles on a substrate of the present invention, a substrate in which nanoparticles having polymer chains bonded thereto are arranged on the surface is obtained. In such a substrate, when the distance between the centers of adjacent nanoparticles is in the range of 12 to 100 nm, preferably in the range of 30 to 60 nm, the nanoparticles to which the polymer chains are bonded are arranged on the substrate at a desired interval and at approximately equal intervals. It is arranged. In addition, as described above, after a nanoparticle solution including nanoparticles having polymer chains bonded thereto is applied on a substrate, the polymer chains are removed, whereby nanoparticles having no polymer chains bonded are arranged on the surface. A substrate is also obtained. In such a substrate, when the distance between the centers of adjacent nanoparticles is in the range of 12 to 100 nm, preferably in the range of 30 to 60 nm, the nanoparticles to which the polymer chains are not bonded are arranged at a desired interval and at approximately equal intervals. Arranged above. Therefore, these substrates can be suitably applied to the nanodevice as described above. In particular, when the core-shell particles such as ferritin described above are used, the size and arrangement position of the nanoparticles can be controlled very precisely. Therefore, the substrate of the present invention is particularly suitable for these nanodevices. Can be used. Furthermore, since the polymer chain and the shell part can be easily removed by the method as described above, only inorganic nanoparticles such as metal, metal oxide, metal hydroxide, and metal sulfide are arranged on the substrate. The substrate can also be applied to nanodevices. For example, a substrate in which only inorganic nanoparticles such as metal, metal oxide, metal hydroxide, and metal sulfide are arranged on the substrate is made of the metal, metal oxide, metal hydroxide, metal sulfide, and the like. It can be suitably used for a semiconductor device (nanodevice) using a core as a quantum dot.
以下、実施例を挙げて、本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated, this invention is not limited to this.
（実施例１〜４）
＜ＰＥＧ鎖が結合したフェリチンの調製＞
まず、以下の操作により、アポフェリチンの表面にＰＥＧ修飾剤を結合させた。ＰＥＧ修飾剤として、ＰＥＧの分子量が２千のＭｅＯ−ＰＥＧ−ＮＨＳ（ＮＯＦ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製のＳＵＮＢＲＩＧＨＴ ＭＥ−０２０ＣＳ）を用いた。また、アポフェリチンとして、遺伝子工学的手法により作製されたＬサブユニットのみからなるフェリチンである公知のＦｅｒ８を用いた。まず、ＰＥＧ修飾剤を１００ｍＭのリン酸カリウムバッファー（ｐＨ＝８．２）に溶解させた。ＭｅＯ−ＰＥＧ−ＮＨＳは、フェリチンサブユニット１つに対して６００等量とした。ここに、１００ｍＭのリン酸バッファー（ｐＨ＝８．２）に溶解させたアポフェリチンを混合し、フェリチンの終濃度を０．２ｍｇ／ｍＬに調整した反応液を得た。次に、この反応溶液を４℃、遮光条件下で６０時間反応させた。反応終了後、反応溶液を透析チューブに移し、１００ｍＭのＨＥＰＥＳ−ＮａＯＨ（ｐＨ＝７．０）による透析を行い、過剰に加えたＰＥＧ修飾剤の除去を行い、表面がＰＥＧ修飾されたアポフェリチンを得た。
(Examples 1-4)
<Preparation of ferritin with PEG chain attached>
First, a PEG modifier was bound to the surface of apoferritin by the following operation. As the PEG modifier, MeO-PEG-NHS (SUNBRIGHT ME-020CS manufactured by NOF CORPORATION) having a molecular weight of PEG of 2,000 was used. As apoferritin, known Fer8, which is ferritin consisting only of the L subunit produced by a genetic engineering technique, was used. First, the PEG modifier was dissolved in 100 mM potassium phosphate buffer (pH = 8.2). MeO-PEG-NHS was 600 equivalents per ferritin subunit. Apoferritin dissolved in 100 mM phosphate buffer (pH = 8.2) was mixed here to obtain a reaction solution in which the final concentration of ferritin was adjusted to 0.2 mg / mL. Next, this reaction solution was reacted at 4 ° C. for 60 hours under light shielding conditions. After completion of the reaction, the reaction solution is transferred to a dialysis tube, dialyzed with 100 mM HEPES-NaOH (pH = 7.0), excess PEG modifier is removed, and apoferritin whose surface is PEG-modified is added. Obtained.
次に、以下の操作により、表面がＰＥＧ修飾されたアポフェリチンの内部にコアを形成した。この操作では、ＰＥＧ修飾したアポフェリチンの内部にフェリハイドライドを導入し、フェリチン−鉄複合体を生成する。まず、１００ｍＭのＨＥＰＥＳ−ＮａＯＨ（ｐＨ＝７．０）溶液を１０分間Ｏ2バブリングした。ここに、ＰＥＧ修飾したアポフェリチンを加えてアポフェリチン溶液とした。一方、硫酸アンモニウム鉄（ＩＩ）六水和物（ＡＩＳ）を超純水に溶解させ５０ｍＭの硫酸アンモニウム鉄（ＩＩ）溶液を作製した。次に、氷上で上記のアポフェリチン溶液に上記の硫酸アンモニウム鉄（ＩＩ）溶液を滴下し、終Ｆｅイオン濃度を５ｍＭに調整した。滴下終了後、生成されたバルクを遠心分離によって沈殿させ、上清を回収し、溶液を冷蔵庫に移して、１８時間反応させた。反応終了後、反応溶液を遠心分離しバルクを沈殿させ、上清を回収し、限外濾過膜にて濃縮した。密度勾配遠心法によって、コアの入っているＰＥＧ修飾Ｆｅｒ８とコアの入っていないＰＥＧ修飾Ｆｅｒ８とを分離した。このとき、緩衝溶液５０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ＝８．０）を用いた。また、透析（１０ｍＭのＣＨ3ＣＯ2ＮＨ4、ｐＨ＝８．０）によって、スクロースの除去及びバッファー置換を行った。以上の操作により、ＰＥＧ鎖が結合したフェリチン（フェリハイドライド（５Ｆｅ2Ｏ3・９Ｈ2Ｏ）内包）を得た。 Next, a core was formed inside apoferritin whose surface was PEG-modified by the following operation. In this operation, ferrihydride is introduced into the interior of PEG-modified apoferritin to produce a ferritin-iron complex. First, 100 mM HEPES-NaOH (pH = 7.0) solution was bubbled O 2 for 10 minutes. To this, PEG-modified apoferritin was added to obtain an apoferritin solution. On the other hand, ammonium iron sulfate (II) hexahydrate (AIS) was dissolved in ultrapure water to prepare a 50 mM ammonium iron sulfate (II) solution. Next, the ammonium iron sulfate (II) solution was dropped onto the apoferritin solution on ice to adjust the final Fe ion concentration to 5 mM. After completion of dropping, the produced bulk was precipitated by centrifugation, the supernatant was collected, and the solution was transferred to a refrigerator and reacted for 18 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was centrifuged to precipitate the bulk, and the supernatant was collected and concentrated with an ultrafiltration membrane. The core-containing PEG-modified Fer8 and the core-free PEG-modified Fer8 were separated by density gradient centrifugation. At this time, a buffer solution 50 mM Tris-HCl (pH = 8.0) was used. In addition, sucrose was removed and the buffer was replaced by dialysis (10 mM CH 3 CO 2 NH 4 , pH = 8.0). By the above operation, ferritin (ferrihydride (5Fe 2 O 3 .9H 2 O inclusion)) to which a PEG chain was bound was obtained.
なお、ＰＥＧ修飾剤として、実施例２ではＰＥＧの分子量が５千のＭｅＯ−ＰＥＧ−ＮＨＳ（ＮＯＦ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製のＳＵＮＢＲＩＧＨＴ ＭＥ−０５０ＣＳ）、実施例３ではＰＥＧの分子量が１万のＭｅＯ−ＰＥＧ−ＮＨＳ（ＮＯＦ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製のＳＵＮＢＲＩＧＨＴ ＭＥ−１００ＣＳ）、及び実施例４ではＰＥＧの分子量が２万のＭｅＯ−ＰＥＧ−ＮＨＳ（ＮＯＦ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製のＳＵＮＢＲＩＧＨＴ ＭＥ−２００ＣＳ）、を用いた。これらのＰＥＧ修飾剤は、下記一般式で表される構造を有している。 As a PEG modifier, in Example 2, MeO-PEG-NHS (SUNBRIGHT ME-050CS manufactured by NOF CORPORATION) having a PEG molecular weight of 5,000 was used, and in Example 3, MeO-PEG-NHS having a PEG molecular weight of 10,000 was used. (SUNBRIGHT ME-100CS manufactured by NOF CORPORATION) and MeO-PEG-NHS (SUNBRIGHT ME-200CS manufactured by NOF CORPORATION) having a molecular weight of 20,000 in Example 4 were used. These PEG modifiers have a structure represented by the following general formula.
＜ＰＥＧ鎖が結合したフェリチンのサイズ評価＞
動的光散乱法を用いて、実施例１〜４で得られた４種類のＰＥＧ鎖が結合したアポフェリチン、及びＰＥＧ鎖を結合していないアポフェリチンについて、それぞれ粒径（メジアン径）を測定した。その結果、ＰＥＧ鎖を結合していないフェリチンの粒径は１２．７ｎｍ、分子量２千のＰＥＧ鎖を結合したフェリチンの粒径は１７．０ｎｍ、分子量５千のＰＥＧ鎖を結合したフェリチンの粒径は２４．６ｎｍ、分子量１万のＰＥＧ鎖を結合したフェリチンの粒径は３５．８ｎｍ、分子量２万のＰＥＧ鎖を結合したフェリチンの粒径は４５．２ｎｍであった。動的光散乱法を用いて得られた粒径と質量％との関係を図５に示す。また、粒径とＰＥＧ鎖の分子量との関係を図６に示す。なお、図５〜１０、１５において、ＰＥＧ２ｋとは、ＰＥＧ鎖の分子量が２千であることを意味する。また、ＰＥＧ５ｋ、ＰＥＧ１０ｋ、及びＰＥＧ１０ｋは、それぞれ、ＰＥＧ鎖の分子量が５千、１万、２万であることを意味する。
<Size evaluation of ferritin with PEG chain attached>
Using a dynamic light scattering method, the particle diameter (median diameter) of each of apoferritin to which the four types of PEG chains obtained in Examples 1 to 4 are bound and apoferritin to which no PEG chains are bound is measured. did. As a result, the particle size of ferritin to which PEG chains are not bonded is 12.7 nm, the particle size of ferritin to which PEG chains having a molecular weight of 2,000 are bonded is 17.0 nm, and the particle size of ferritin to which PEG chains having a molecular weight of 5,000 are bonded. The particle size of ferritin bound with a PEG chain having a molecular weight of 24.6 nm and a molecular weight of 10,000 was 35.8 nm, and the particle size of ferritin bound with a PEG chain having a molecular weight of 20,000 was 45.2 nm. FIG. 5 shows the relationship between the particle size and mass% obtained using the dynamic light scattering method. FIG. 6 shows the relationship between the particle size and the molecular weight of the PEG chain. 5 to 10 and 15, PEG2k means that the molecular weight of the PEG chain is 2,000. PEG5k, PEG10k, and PEG10k mean that the molecular weight of the PEG chain is 5,000, 10,000, and 20,000, respectively.
＜ＰＥＧ鎖が結合したフェリチンのＳｉ基板への配置＞
上記で得られた分子量の異なる４種類のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンを、それぞれ以下の操作によりＳｉ基板上に配置した。まず、Ｓｉ基板の表面をＵＶ／オゾン処理装置（ＳＡＭＣＯ社製のＵＶ−１）を用いて１１５℃で１０分間処理し、Ｓｉ基板上の有機物の除去と親水化を行った。次に、Ｓｉ基板を超純水中に浸漬した後、スピンコーターのサンプルステージにのせ、５０００ｒｐｍで６０秒間回転させて、Ｓｉ基板に付着した超純水を除去した。その後、直ちにフェリハイドライド内包フェリチン溶液をＳｉ基板上に滴下し、３分間静置した。フェリチン溶液の滴下量は、Ｓｉ基板の１ｃｍ×１ｃｍの範囲に２０μＬとした。次に、５００ｒｐｍで２秒間の条件、つづいて１０００ｒｐｍで３０秒間の条件、さらに５０００ｒｐｍで３０秒間の条件でＳｉ基板を回転させてスピンドライを行った。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、実施例１〜４において、ＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンが配列されたＳｉ基板表面のＳＥＭ像を取得した。これらのＳＥＭ像をそれぞれ図７〜１０に示す。図７〜１０のＳＥＭ像から、Ｓｉ基板上にフェリハイドライドがほぼ等間隔で配列されていることが分かる。また、図７〜１０を比較すると、ＰＥＧ鎖の分子量に応じて、Ｓｉ基板上に異なる間隔でフェリハイドライドがほぼ等間隔で配列されていることが分かる。
<Arrangement of ferritin with PEG chain attached to Si substrate>
The ferrihydride-encapsulating ferritin to which four types of PEG chains with different molecular weights obtained above were bound was placed on a Si substrate by the following operations. First, the surface of the Si substrate was treated at 115 ° C. for 10 minutes using a UV / ozone treatment apparatus (UV-1 manufactured by SAMCO) to remove organic substances on the Si substrate and make them hydrophilic. Next, after immersing the Si substrate in ultrapure water, it was placed on a sample stage of a spin coater and rotated at 5000 rpm for 60 seconds to remove ultrapure water adhering to the Si substrate. Thereafter, the ferrihydride-containing ferritin solution was immediately dropped onto the Si substrate and allowed to stand for 3 minutes. The dropping amount of the ferritin solution was 20 μL in the range of 1 cm × 1 cm of the Si substrate. Next, spin drying was performed by rotating the Si substrate under conditions of 500 rpm for 2 seconds, followed by 1000 rpm for 30 seconds, and further 5000 rpm for 30 seconds. Using a scanning electron microscope (SEM), in Examples 1 to 4, SEM images of the surface of the Si substrate on which ferrihydride-encapsulating ferritin to which PEG chains were bound were arranged were obtained. These SEM images are shown in FIGS. It can be seen from the SEM images in FIGS. 7 to 10 that ferrihydrides are arranged at substantially equal intervals on the Si substrate. 7 to 10, it can be seen that ferrihydrides are arranged at almost equal intervals on the Si substrate at different intervals according to the molecular weight of the PEG chain.
（実施例５）
＜ＰＥＧ鎖が結合したフェリチンのＴａ基板への配置＞
実施例３で得られた分子量が１万のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンを、以下の操作によりＴａ基板上に配置した。まず、Ｔａ基板の表面をＵＶ／オゾン処理装置（ＳＡＭＣＯ社製のＵＶ−１）を用いて１１５℃で３０分間処理し、Ｔａ基板上の有機物の除去と親水化を行った。次に、Ｔａ基板を超純水中に浸漬した後、スピンコーターのサンプルステージにのせ、５０００ｒｐｍで６０秒間回転させて、Ｔａ基板に付着した超純水を除去した。その後、直ちにフェリハイドライド内包フェリチン溶液をＴａ基板上に滴下し、３分間静置した。フェリチン溶液の滴下量は、Ｔａ基板の１ｃｍ×１ｃｍの範囲に２０μＬとした。次に、３６０ｒｐｍで３０秒間の条件、つづいて１０００ｒｐｍで６０秒間の条件、さらに５０００ｒｐｍで３０秒間の条件でＴａ基板を回転させてスピンドライを行った。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、実施例５において、分子量が１万のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンが配列されたＴａ基板表面のＳＥＭ像を図１１に示す。図１１のＳＥＭ像から、Ｔａ基板上にフェリハイドライドがほぼ等間隔で配列されていることが分かる。
(Example 5)
<Arrangement of ferritin with PEG chain attached to Ta substrate>
The ferrihydride-encapsulating ferritin to which a PEG chain having a molecular weight of 10,000 obtained in Example 3 was bound was placed on a Ta substrate by the following operation. First, the surface of the Ta substrate was treated at 115 ° C. for 30 minutes using a UV / ozone treatment apparatus (UV-1 manufactured by SAMCO) to remove organic substances on the Ta substrate and make them hydrophilic. Next, after the Ta substrate was immersed in ultrapure water, it was placed on a sample stage of a spin coater and rotated at 5000 rpm for 60 seconds to remove ultrapure water adhering to the Ta substrate. Thereafter, the ferritin-containing ferritin solution was immediately dropped onto the Ta substrate and allowed to stand for 3 minutes. The dripping amount of the ferritin solution was 20 μL in the range of 1 cm × 1 cm of the Ta substrate. Next, spin drying was performed by rotating the Ta substrate under conditions of 360 rpm for 30 seconds, followed by 1000 rpm for 60 seconds, and further 5000 rpm for 30 seconds. Using a scanning electron microscope (SEM), FIG. 11 shows an SEM image of the surface of the Ta substrate on which ferrihydride-encapsulating ferritin to which a PEG chain having a molecular weight of 10,000 was bound was arranged in Example 5. From the SEM image of FIG. 11, it can be seen that ferrihydrides are arranged at almost equal intervals on the Ta substrate.
（実施例６）
＜ＰＥＧ鎖が結合したフェリチンのＰｔ基板への配置＞
Ｔａ基板の代わりにＰｔ基板を用いたこと以外は、実施例５と同様にして、分子量が１万のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンを、Ｐｔ基板上に配置した。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、実施例６において、分子量が１万のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンが配列されたＰｔ基板表面のＳＥＭ像を図１２に示す。図１２のＳＥＭ像から、Ｐｔ基板上にフェリハイドライドがほぼ等間隔で配列されていることが分かる。
(Example 6)
<Disposition of ferritin with PEG chain attached to Pt substrate>
Except that a Pt substrate was used instead of the Ta substrate, ferrihydride-encapsulating ferritin having a PEG chain having a molecular weight of 10,000 was disposed on the Pt substrate in the same manner as in Example 5. Using a scanning electron microscope (SEM), FIG. 12 shows an SEM image of the surface of the Pt substrate on which ferrihydride-encapsulating ferritin bound with a PEG chain having a molecular weight of 10,000 is arranged in Example 6. From the SEM image of FIG. 12, it can be seen that ferrihydrides are arranged at substantially equal intervals on the Pt substrate.
（実施例７）
＜ＰＥＧ鎖が結合したフェリチンのＣｒ基板への配置＞
Ｔａ基板の代わりにＣｒ基板を用いたこと以外は、実施例５と同様にして、分子量が１万のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンを、Ｃｒ基板上に配置した。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、実施例７において、分子量が１万のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンが配列されたＣｒ基板表面のＳＥＭ像を図１３に示す。図１３のＳＥＭ像から、Ｃｒ基板上にフェリハイドライドがほぼ等間隔で配列されていることが分かる。
(Example 7)
<Arrangement of ferritin with PEG chain attached to Cr substrate>
Except that a Cr substrate was used instead of the Ta substrate, ferrihydride-encapsulating ferritin with a PEG chain having a molecular weight of 10,000 was arranged on the Cr substrate in the same manner as in Example 5. FIG. 13 shows an SEM image of the surface of the Cr substrate on which ferrihydride-encapsulating ferritin in which a PEG chain having a molecular weight of 10,000 was bound was arranged in Example 7 using a scanning electron microscope (SEM). From the SEM image of FIG. 13, it can be seen that ferrihydrides are arranged at substantially equal intervals on the Cr substrate.
（実施例８）
＜ＰＥＧ鎖が結合したフェリチンのＭｏ基板への配置＞
Ｔａ基板の代わりにＭｏ基板を用いたこと以外は、実施例５と同様にして、分子量が１万のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンを、Ｍｏ基板上に配置した。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、実施例８において、分子量が１万のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンが配列されたＭｏ基板表面のＳＥＭ像を図１４に示す。図１４のＳＥＭ像から、Ｍｏ基板上にフェリハイドライドがほぼ等間隔で配列されていることが分かる。
(Example 8)
<Arrangement of ferritin with PEG chain attached to Mo substrate>
Ferrihydride-containing ferritin having a PEG chain with a molecular weight of 10,000 bound thereto was arranged on the Mo substrate in the same manner as in Example 5 except that a Mo substrate was used instead of the Ta substrate. A scanning electron microscope (SEM) is used to show an SEM image of the surface of the Mo substrate on which ferrihydride-encapsulating ferritin having a PEG chain with a molecular weight of 10,000 bound in Example 8 is arranged in Example 8. FIG. From the SEM image of FIG. 14, it can be seen that ferrihydrides are arranged at almost equal intervals on the Mo substrate.
＜Ｓｉ基板上に配置されたフェリチンの中心間距離の測定＞
実施例１〜４において得られたＳｉ基板上に配列されたフェリチンにつき、上記のＳＥＭ像の８００ｎｍ×１０００ｎｍの範囲について画像処理を行い、動径分布関数ｇ（ｒ）と距離との関係を求めた。具体的には、まず、上記のＳＥＭ像を取得した後、画像処理において、当該ＳＥＭ像のコントラストを調整し、ナノ粒子の中心座標をプログラムにより算出する。プログラムにより認識できなかったナノ粒子については、手作業で座標を算出する。すべてのナノ粒子座標を算出した後、ナノ粒子の２点間距離をすべての組み合わせにおいて計算する。その後、ナノ粒子の中心間距離（２点間距離）がｒ以上ｒ＋ｄｒ未満の頻度をｒ＝０ｎｍからｒ＝１５０ｎｍまで計算することで動径分布関数ｇ（ｒ）が得られる。結果を図１５に示す。なお、図１５に示される結果は、ｄｒ＝１で計算して求めた。図１５に示されるグラフから、分子量２千のＰＥＧ鎖をポリマー鎖に有する実施例１のフェリチンでは、距離約３０ｎｍにピークがあり、隣接するフェリチンの中心間距離（ＳＤ）が約３０ｎｍであることが分かる。同様に、実施例２〜４のフェリチン（分子量５千のＰＥＧ鎖、分子量１万のＰＥＧ鎖、分子量２万のＰＥＧ鎖）では、それぞれ、距離約３４ｎｍ、３９ｎｍ、５３ｎｍにピークがあり、隣接するフェリチンの中心間距離（ＳＤ）がそれぞれ、約３４ｎｍ、３９ｎｍ、５３ｎｍであることが分かる。ＰＥＧ鎖の分子量と隣接するフェリチンの中心間距離との関係を示すグラフを図１６に示す。
<Measurement of center-to-center distance of ferritin arranged on Si substrate>
The ferritin arranged on the Si substrate obtained in Examples 1 to 4 is subjected to image processing in the range of 800 nm × 1000 nm of the above SEM image, and the relationship between the radial distribution function g (r) and the distance is obtained. It was. Specifically, first, after obtaining the SEM image, in the image processing, the contrast of the SEM image is adjusted, and the center coordinates of the nanoparticles are calculated by a program. For nanoparticles that could not be recognized by the program, the coordinates are calculated manually. After calculating all the nanoparticle coordinates, the distance between the two points of the nanoparticles is calculated in all combinations. Then, the radial distribution function g (r) is obtained by calculating the frequency where the distance between the centers of the nanoparticles (distance between two points) is not less than r and less than r + dr from r = 0 nm to r = 150 nm. The results are shown in FIG. The results shown in FIG. 15 were obtained by calculation with dr = 1. From the graph shown in FIG. 15, the ferritin of Example 1 having a PEG chain having a molecular weight of 2,000 in the polymer chain has a peak at a distance of about 30 nm, and the center-to-center distance (SD) between adjacent ferritins is about 30 nm. I understand. Similarly, the ferritins of Examples 2 to 4 (PEG chain with a molecular weight of 5,000, PEG chain with a molecular weight of 10,000, and PEG chain with a molecular weight of 20,000) have peaks at distances of about 34 nm, 39 nm, and 53 nm, respectively. It can be seen that the center-to-center distance (SD) of ferritin is about 34 nm, 39 nm, and 53 nm, respectively. A graph showing the relationship between the molecular weight of the PEG chain and the distance between the centers of adjacent ferritins is shown in FIG.
＜Ｓｉ基板上に配列されたＰＥＧ鎖が結合したフェリチンからのタンパク質及びＰＥＧ鎖 の除去＞
実施例３で得られた、分子量１万のＰＥＧ鎖が結合したフェリハイドライド内包フェリチンが配列されたＳｉ基板表面を、ＵＶ／オゾン処理装置（ＳＡＭＣＯ社製のＵＶ−１）を用いて、ステージ温度１１５度の設定で４０分間ＵＶ／オゾン熱処理を行い、フェリハライドを内包しているフェチリンから、タンパク質及びＰＥＧ鎖を除去した。次に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、ＵＶ／オゾン熱処理後のＳｉ基板表面のＳＥＭ像を取得した。このＳＥＭ像を図１７に示す。図１７のＳＥＭ像から、タンパク質及びＰＥＧ鎖を除去した後においても、Ｓｉ基板上にフェリハイドライドがほぼ等間隔で配列されていることが分かる。
<Removal of protein and PEG chain from ferritin bound to PEG chain arranged on Si substrate>
The surface temperature of the Si substrate on which ferrihydride-containing ferritin bound to a PEG chain having a molecular weight of 10,000 was obtained in Example 3 was measured using a UV / ozone treatment apparatus (UV-1 manufactured by SAMCO) at a stage temperature. UV / ozone heat treatment was performed at a setting of 115 ° C. for 40 minutes to remove proteins and PEG chains from the fetilin containing ferrihalide. Next, an SEM image of the surface of the Si substrate after UV / ozone heat treatment was obtained using a scanning electron microscope (SEM). This SEM image is shown in FIG. From the SEM image of FIG. 17, it can be seen that the ferrihydrides are arranged on the Si substrate at almost equal intervals even after the protein and PEG chain are removed.
Claims (11)
隣接する前記ナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲において、前記ナノ粒子が略等間隔で基板上に配列されている、基板。 A substrate in which nanoparticles with polymer chains attached are arranged on a surface,
The board | substrate with which the said nanoparticle is arranged on the board | substrate at substantially equal intervals in the range whose distance between the centers of the said adjacent nanoparticle is 12-100 nm.
隣接する前記ナノ粒子の中心間距離が１２〜１００ｎｍの範囲において、前記ナノ粒子が略等間隔で基板上に配列されている、基板。 A nanoparticle obtained by removing a polymer solution after applying a nanoparticle solution containing nanoparticles to which polymer chains are bonded to the substrate, wherein the nanoparticles are arranged on the surface,
The board | substrate with which the said nanoparticle is arranged on the board | substrate at substantially equal intervals in the range whose distance between centers of the said adjacent nanoparticle is 12-100 nm.
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